[퍼온글] 병저항성 획득을 위한 또다른 시각

오늘의 논문은 2016년 2월에 Science에 게재된 

"Using decoys to expand the recognition specificity of a plant disease resistance protein"

으로 한국인 Sang Hee Kim이 당당하게 1저자로 올라와있다.

논문을 시작하기 앞서 background를 잠깐 설명하자면,

식물의 경우, 동물과 달리 특수한 면역 세포가 없기 때문에, 

세포 안팍으로 cellular level에서의 면역 system, 또는 세포 밖으로 분비되는 chemical 등을

이용하여 면역 체계를 갖춘다.

세포 내에서의 면역 반응은 일반적으로 병원균이 분비하는 effector라고 하는 특수한 물질 (주로 단백질)을 식물체의 면역 단백질 (resistance gene, R gene)이 인지하여 일어나게 되는데, 그러기 때문에 해당 effector를 인지하는 R gene이 없는 경우 병에 걸리게 된다.

하지만 재밌게도 병원균이 식물과의 공진화 (co-evolution)을 통해 해당 R gene이 effector를 인지하지 못하게끔 effector의 sequence를 바꾸는 경우 역시 식물은 병에 걸리게 된다. (이 주제에 대해서는 후에 이야기할 일이 있을것이다.)

이렇게 특정 effector와 R gene과의 상호작용을 통해 일어나는 면역 반응을 Effector-triggered immunity (ETI)라고 하고 하는데, 하나의 effector와 그에 대응하는 R gene이 존재해야 저항성을 가질 수 있다고 하는 학설이 gene-for-gene 가설이 되겠다.

여러 선행 연구에서 R gene이 effector를 인지하는 데에는 direct interaction으로 인한 것도 있지만 많은 경우 indirect하게 인지한다고 알려졌다. 

Effector는 세포 내로 분비되어 R gene이 아닌 다른 단백질들 (decoy)와 결합하여 식물의 면역 반응을 저해시키거나 병원균에 유리한 환경을 만들게 되는데, 이 decoy의 변화를 R gene이 인지하여 면역 반응이 시작된다는 것이다.

위 논문에서는 effector가 결합하는 decoy를 변화시킴으로써 하나의 R gene이 여러 effector를 인지할 수 없을까하는 데서 시작되었다.

논문에서 쓰인 effector는 AvrPphB로 protease activity를 가지고 있는데 decoy인 PBS1을 잘라 Arabidopsis의 RPS5 (R gene)에 의해 인식되게 된다. 

해서 논문에서는 PBS1의 특정 cleavage site를 다른 decoy sequence로 치환하여 RPS5-mediated immunity가 induce되는지 확인하였다.

우선 같은 bacterial effector인 AvrRpt2가 RIN4 (decoy)를 인지하여 RPS2 (R gene)을 activation시킨다는 선행연구가 있었기 때문에 RIN4의 인지 부위를 PBS1에 삽입하여 실험했을 때 변형된 PBS1로 인해 AvrRpt2가 RPS5에 의해 인지됨을 확인하였다.

또 다른 병원균의 종류 중에 하나인 virus에 대해서도 같은 적용이 가능한가를 확인하기 위해 virus에 가장 중요한 단백질로 알려진 NIa를 인지할 수 있도록 PBS1를 변형하였을 때에도 동일한 실험 결과를 얻을 수 있었다. 

AvrPphB ------------ PBS1-------------- RPS5

AvrRpt2 ------------ PBS1 ` ------------ RPS5

NIa ------------------ PBS1`` ------------ RPS5

결론적으로 식물체 내에 여러 effector를 인지할 수 있도록 modified된 decoy를 삽입시켜줌으로써 하나의 R gene만으로 다양한 병원균에 대한 저항성을 획득할 수 있다는 이야기다.

한계점은

1. effector가 결합하는 decoy의 변화가 R gene과의 상호작용에 관여하는 것 이외에 다른 생물학적 역할을 가지고 있을 때 식물의 생장이나 재생산에 영향을 미칠 수도 있다.

2. effector가 결합하여 변화시키는 부위를 일일이 조정하여 넣는다는 것이 약간은 무식(?)할 수도 있겠다.

하지만 여전히 기존의 effector와 R gene을 modify하여 식물의 병저항성을 증가시키고자 했던 시도와 다른 새로운 시각이라는 점에서 신선한 접근방법이었다고 생각한다.

[출처] 병저항성 획득을 위한 또다른 시각|작성자 분자식물학 연구자

http://blog.naver.com/tigger1217/220680983667